JPH1012684A - Method and equipment for inspecting semiconductor device - Google Patents

Method and equipment for inspecting semiconductor device

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JPH1012684A
JPH1012684A JP8165550A JP16555096A JPH1012684A JP H1012684 A JPH1012684 A JP H1012684A JP 8165550 A JP8165550 A JP 8165550A JP 16555096 A JP16555096 A JP 16555096A JP H1012684 A JPH1012684 A JP H1012684A
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JP
Japan
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inspection
semiconductor device
electron beam
charging
image
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Application number
JP8165550A
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Japanese (ja)
Inventor
Maki Tanaka
麻紀 田中
Takashi Hiroi
高志 広井
Masahiro Watanabe
正浩 渡辺
Tomohiro Kuni
朝宏 久邇
Fumikazu Ito
文和 伊藤
Junzo Azuma
淳三 東
Akira Shimase
朗 嶋瀬
Kaoru Oogaya
薫 大鋸谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inspecting method using a scanning electron microscope and an equipment for it with which an electron beam which is stable extending over a long time is obtained for a sample without being affected by charging-up. SOLUTION: Charging-up is controlled by irradiating the surface of a sample wafer with an electron shower and an ion shower. Charging-up is controlled with a controlling calculator 20 according to an inspection condition and a material quality of the sample, etc. A stable electron beam image wherein a condition of charging-up does not charge is inputted with a secondary electron detector 15, and then compared/inspected at a picture processing part 19, to detect a defect of a semiconductor device. By this, an influence on the electron bean image due to charging-up of the surface of the sample is avoided, and a stable inspection extending over a long time is realized with the electron beam image. Further, by feeding an inspection result back to a semiconductor manufacturing process, a defective coefficient of the semiconductor device is reduced, and reliability is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係わり、特に電子走査顕微鏡を用いた半導体装置の
パターン検査技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique for inspecting a pattern of a semiconductor device using an electronic scanning microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1に示すように、半導体装置の製造プ
ロセスは多数のパターン形成行程の繰り返しにより成
る。それぞれのパターン形成は、成膜、感光レジスト塗
布、感光、現像、エッチング、レジスト除去、洗浄の各
工程により構成されている。このそれぞれの工程におい
て製造条件が最適化されていなければ、半導体装置の回
路パターンが正常に形成されず、パターンに欠けや変形
が生じると不良品が発生することになる。これらの半導
体装置はウェハ処理工程終了後、電気的に検査され、フ
ェイルビット解析などの手法により不良発生原因を調査
しその対策を行う。しかし、このような手法は製造工程
の途中で不良が発生していても、その製品がウェハ処理
工程が終了するまで不良の発生が検知できないという不
都合があり、半導体装置の製造期間は通常数十日を要す
るため、このような手法では不良対策を行わないまま不
良製品を大量に製造してしまうといった問題があった。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 1, a manufacturing process of a semiconductor device includes a number of pattern forming steps. Each pattern is formed by the steps of film formation, photosensitive resist coating, exposure, development, etching, resist removal, and cleaning. If the manufacturing conditions are not optimized in each of these steps, the circuit pattern of the semiconductor device will not be formed properly, and if the pattern is chipped or deformed, defective products will be generated. These semiconductor devices are electrically inspected after the completion of the wafer processing process, and the cause of the failure is investigated by a method such as fail bit analysis and countermeasures are taken. However, such a method has a disadvantage that even if a defect occurs during the manufacturing process, the defect cannot be detected until the product has completed the wafer processing step. Since it takes time, such a method has a problem that a large number of defective products are manufactured without taking measures against defects.

【0003】これに対し、図1に示すように製造プロセ
スの各工程において、製造過程の製品の検査を行えば、
装置の不具合等によりパターン欠陥が発生した場合も原
因究明・対策を早期に行える。その結果、不良製品の割
合を低下させ、生産効率を向上させることが可能とな
り、収益向上に大きく貢献できる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, in each step of the manufacturing process, if a product is inspected during the manufacturing process,
Even when a pattern defect occurs due to a device failure or the like, the cause can be investigated and measures can be taken at an early stage. As a result, the ratio of defective products can be reduced and production efficiency can be improved, which can greatly contribute to improving profits.

【0004】このような半導体装置の製造過程における
ウェハ上の回路パターンの欠陥検査は、被検査パターン
と良品パターンや被検査ウェハ上の同種のパターンとの
比較により行なわれており、寸法が0.5μm程度の欠陥の
検出が可能な光学顕微鏡画像を用いた検査装置が多く実
用化されている。半導体装置の回路パターン構造は非常
に微細で、既にその寸法が1 μm以下の製品も多く製造
されており、その検査についても0.1 μm 以下の寸法の
異物や欠陥を検出できる検査技術の必要性が高まってい
る。従来の光学顕微鏡に比べ、電子顕微鏡では原理的に
高い解像度を得ることができるため、このような半導体
装置の微細化への対応が期待されている。また、洗浄時
乾燥不良による異常酸化や、レジストなどの光学的に透
過な材質は従来の光学顕微鏡では観察が困難であるとい
った問題がある。これに対し、電子顕微鏡による電子線
像は一般に表面のみの観察であるので、透明な材質や反
射率の低い材質などに対してもパターン検査が可能とな
る。このような理由から、電子顕微鏡画像を用いた高感
度な検査技術の開発が行われている。
In the process of manufacturing such a semiconductor device, a defect inspection of a circuit pattern on a wafer is performed by comparing a pattern to be inspected with a non-defective pattern or a similar pattern on a wafer to be inspected, and has a size of 0.5 μm. Many inspection apparatuses using optical microscope images capable of detecting defects of a certain degree have been put to practical use. The circuit pattern structure of semiconductor devices is very fine, and many products with dimensions of 1 μm or less are already manufactured.Therefore, there is a need for inspection technology that can detect foreign substances and defects with dimensions of 0.1 μm or less. Is growing. Compared with conventional optical microscopes, electron microscopes can obtain a higher resolution in principle, and therefore, it is expected that such a semiconductor device is compatible with miniaturization. Further, there is a problem that abnormal oxidation due to poor drying during washing and optically transparent materials such as resist are difficult to observe with a conventional optical microscope. On the other hand, since an electron beam image by an electron microscope generally observes only the surface, a pattern inspection can be performed on a transparent material or a material having a low reflectance. For these reasons, a highly sensitive inspection technique using an electron microscope image has been developed.

【0005】電子顕微鏡は解像度の高い画像を得ること
が可能であるが、電子顕微鏡特有の帯電現象により画像
の質が不安定に変化するという問題点がある。これは電
子線照射により試料表面が帯電し、2次電子放出効率の
変化が生じるため得られる電子線像の質が変化するもの
であり、試料表面の帯電が進むと1次ビームを偏向させ
像に歪みを生じることもある。この帯電現象は試料が絶
縁材料のときに生じ、一般に絶縁材料が多く使用される
半導体装置の回路パターンの検査では大きな問題とな
る。
An electron microscope can obtain a high-resolution image, but has a problem that the quality of the image is unstablely changed due to a charging phenomenon peculiar to the electron microscope. This is because the sample surface is charged by electron beam irradiation and the secondary electron emission efficiency changes, which changes the quality of the obtained electron beam image. As the sample surface charges progress, the primary beam is deflected to deflect the image. May be distorted. This charging phenomenon occurs when the sample is an insulating material, and generally poses a serious problem in circuit pattern inspection of a semiconductor device in which the insulating material is frequently used.

【0006】図2はこのような帯電現象による電子線像
の変化の一例である。図2の矢印で示した順に被検査ウ
ェハを順次検査すると、撮像場所や時間により試料表面
の帯電状態が変化するため、得られる電子線像も変化す
る。図2において5と6では電子線像のパターンの明るさ
およびコントラストが変化しており、7ではパターンの
寸法も変化している。電子線画像を用いた欠陥検査の場
合には、図2に示すように試料表面へのチャージアップ
等により電子線像が時間変動するため、画像を1度空間
微分して明るさのドリフトの影響を少なくするなどの処
理を行ない、画像を比較する必要があった。
FIG. 2 shows an example of a change in an electron beam image due to such a charging phenomenon. When the inspected wafers are sequentially inspected in the order indicated by the arrows in FIG. 2, the charged state of the sample surface changes depending on the imaging location and time, so that the obtained electron beam image also changes. In FIG. 2, the brightness and the contrast of the pattern of the electron beam image change in 5 and 6, and the size of the pattern changes in 7 as well. In the case of defect inspection using an electron beam image, as shown in FIG. 2, since the electron beam image fluctuates with time due to charge-up on the sample surface or the like, the image is spatially differentiated once and the effect of brightness drift. It was necessary to perform processing such as reducing the number of images and compare the images.

【0007】さらに、図2の7のように明るさのみでな
く、その形状が時間変動する場合もあり、そのような場
合には形状の変化に対応するような処理も必要となる。
このような電子線像の時間変動がある場合には、長時間
の検査の間に得られる電子線像が変化するため、ウェハ
全面の比較検査は困難であり、ウェハ内の欠陥分布など
を得ることができないといった問題がある。半導体装置
の製造過程における回路パターンの外観検査はランダム
に発生する欠陥を検出するため、ウェハ全面にわたる検
査が要求される場合も多く、またウェハ内の欠陥分布は
欠陥発生原因の究明に非常に有効な情報である。常に安
定な条件での検査は半導体装置製造プロセスをモニタ
し、パターンの露光条件などの製造条件の不具合を早期
に発見するためにも不可欠である。
Further, not only the brightness but also the shape may change with time as shown in 7 in FIG. 2. In such a case, a process corresponding to the change in shape is required.
When there is such a time variation of the electron beam image, the electron beam image obtained during the long-term inspection changes, so that the comparative inspection of the entire wafer is difficult, and the defect distribution in the wafer is obtained. There is a problem that you can not do. The appearance inspection of circuit patterns in the manufacturing process of semiconductor devices detects defects that occur at random, so inspection over the entire wafer is often required, and the distribution of defects in the wafer is very effective in determining the cause of defect occurrence Information. Inspection under stable conditions is always indispensable to monitor the semiconductor device manufacturing process and to find defects in manufacturing conditions such as pattern exposure conditions at an early stage.

【0008】試料のチャージアップが常に同じ状態で電
子線像を得る手段として特開昭63-218803がある。これ
は電子線照射開始から常に一定の時刻で電子線像の入力
を行うことにより、常に同じ帯電条件で電子線像を得る
ものであるが、これは電子線照射後の急激な電子線像の
変化に対応するための手段であり、長時間の検査により
ウェハ全体に生じる大域的な帯電状態の変化には対応す
ることができないため、長時間にわたる検査では安定し
た電子線像が得られないといった問題点がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-218803 discloses a means for obtaining an electron beam image while the charge-up of a sample is always the same. This is to always obtain an electron beam image under the same charging condition by always inputting an electron beam image at a fixed time from the start of electron beam irradiation, but this is a sudden electron beam image after electron beam irradiation. It is a means for responding to changes, and cannot respond to a global change in the state of charge that occurs over the entire wafer due to long-term inspection, so that a long-term inspection cannot provide a stable electron beam image. There is a problem.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、コント
ラストの変化・反転など電子線像の明るさが大きく変化
する場合には単純な濃淡比較では検査が行えず、また一
般に画像処理で多く用いられている閾値処理においても
電子線像の時間変動がある場合は閾値の設定が非常に困
難となる。電子線像の明るさのみが変化する場合には、
空間微分画像を用いるなどの処理により明るさ変動の影
響を減少させることができるが、空間微分処理は画像中
に含まれるランダムノイズを強調してしまうため、この
ようなノイズが欠陥と誤認識されてしまう。また、図2
の7のようにパターン形状が変化してしまう場合には形
状の変化を許容するような処理が必要となるが、許容幅
を大きくとると実際のパターンの細り等の欠陥を検出す
ることが困難となる。このような欠陥は製造プロセスの
変動に起因するものも多く、早期に発見・対策すること
が必要であり、検出漏れは許されない。
As described above, when the brightness of an electron beam image greatly changes, such as a change or inversion of contrast, inspection cannot be performed by simple contrast comparison, and it is often used in image processing. It is very difficult to set the threshold value even if the electron beam image fluctuates with time even in the threshold processing performed. If only the brightness of the electron beam image changes,
The effect of brightness fluctuation can be reduced by processing such as using a spatial differential image, but since spatial differential processing emphasizes random noise contained in the image, such noise is erroneously recognized as a defect. Would. FIG.
If the pattern shape changes as in 7 above, it is necessary to perform processing to allow the change in shape, but if the allowable width is large, it is difficult to detect defects such as actual pattern thinning Becomes Such defects are often caused by fluctuations in the manufacturing process, and it is necessary to find out and take countermeasures at an early stage, and omission of detection is not allowed.

【0010】本発明の目的は試料上のチャージアップの
状態を制御することにより、電子線像の明るさや形状の
変化を抑制し、長時間の検査においても安定した電子線
像を得る手段を提供し、実現することにより、高感度で
信頼性の高い検査装置を実現することにある。
An object of the present invention is to provide a means for controlling the state of charge-up on a sample, thereby suppressing changes in brightness and shape of an electron beam image and obtaining a stable electron beam image even in a long-term inspection. Accordingly, it is an object of the present invention to realize a highly sensitive and highly reliable inspection apparatus.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、被検査ウェ
ハ上において、電子ビーム照射位置における帯電の状態
を制御し一定に保つことにより、常に同じ条件で電子線
像を得ることで達成される。
The above object is achieved by always obtaining an electron beam image under the same conditions by controlling and maintaining a constant charge state at an electron beam irradiation position on a wafer to be inspected. .

【0012】図3に電子ビームの走査により試料の帯電
の状態が変化する様子を示す。a)はパターンが帯電して
いない場合、b)はパターン上に電荷が蓄積している場合
に電子ビームの走査によりパターンの帯電の状態が変化
する様子を示している。このように、電子ビームの走査
により試料上に電荷が蓄積されたりまた蓄積された電荷
が拡散したりすることにより、被検査ウェハ上に不均一
な帯電が生じ、図2に示したように電子線像に明るさ形
状などの変化が生じる。しかし、図3c)のように試料上
の電荷が飽和状態になっている場合には、そのパターン
上をさらに電子ビームが走査しても試料上の帯電の状態
は変化しない。また試料の電位を常に一定に保つことに
よっても、常に帯電の生じない状態の画像を得ることが
できる。
FIG. 3 shows how the charged state of the sample is changed by the scanning of the electron beam. a) shows that the pattern is not charged, and b) shows that the state of charge of the pattern is changed by electron beam scanning when electric charge is accumulated on the pattern. In this manner, the charge is accumulated on the sample by the scanning of the electron beam or the accumulated charge is diffused, thereby causing non-uniform charging on the wafer to be inspected, and as shown in FIG. A change such as a brightness shape occurs in the line image. However, when the charge on the sample is in a saturated state as shown in FIG. 3C), even if the electron beam is further scanned on the pattern, the charged state on the sample does not change. Also, by always keeping the potential of the sample constant, it is possible to obtain an image in a state where charging is not always generated.

【0013】このように帯電の状態の制御は試料を予め
故意に帯電させ、試料上の電荷を飽和状態にしたり、試
料表面に正あるいは負の電荷を与えることにより試料表
面に蓄積する電荷を中和したり、接地により試料を常に
アース電位に一定に保つことにより行なう。また、検査
中にこれらの操作を画像入力に対して決まったタイミン
グで行なうことにより、試料上の帯電が常に同じ状態と
なることが期待でき、毎回ほとんど同じ帯電状態で試料
の画像入力が行なえる。また、帯電状態の変化により電
子線像が変化するため、検査中に得られる電子線像を用
いれば試料の帯電状態をモニタすることも可能となる。
As described above, the charge state is controlled by intentionally charging the sample in advance, saturating the charge on the sample, or imparting a positive or negative charge to the sample surface so that the charge accumulated on the sample surface is not changed. This is done by summing or by always keeping the sample constant at ground potential by grounding. In addition, by performing these operations at a predetermined timing with respect to image input during the inspection, it is expected that the charge on the sample is always in the same state, and the image input of the sample can be performed with almost the same charge every time. . Further, since the electron beam image changes due to the change in the charged state, the charged state of the sample can be monitored using the electron beam image obtained during the inspection.

【0014】このとき、試料上への帯電の状況は、材質
や形状等の被検査物の種類や電子ビームの加速電圧等の
検査条件などに依存するので、それらに応じて前記の帯
電状態の制御方法を決定する手段も必要である。
At this time, the state of charging on the sample depends on the type of the object to be inspected, such as the material and shape, and inspection conditions such as the acceleration voltage of the electron beam. A means for determining the control method is also required.

【0015】このようにすれば、ウェハ上の各検査位置
における電子線像は長時間における検査においても常に
同じ条件で入力できる。そのため、長時間の間隔をおい
て撮像された画像や、異なるウェハ間で撮像された画像
内においても同種パターンの画像は欠陥部分以外はほと
んど同じものとなる。従って、これらを比較して、その
違いから欠陥部分を識別する検査装置においても、画像
の差信号から容易に欠陥部分のみの検出が可能となる。
それにより、良品部分を欠陥と見誤ることが少なくな
り、長時間にわたる検査においても高い検出感度を実現
することができる。また、常に安定な画像を得ることが
できるため長時間の検査が可能となり、ウェハの全面検
査やウェハ間にわたっての検査などが実現できる。この
ような検査装置の実現により、半導体の製造過程におい
て欠陥の発生原因究明および対策を速やかに行うことが
でき、その結果製品の歩留まり向上に貢献できる。
In this way, the electron beam image at each inspection position on the wafer can always be input under the same conditions even in the inspection for a long time. Therefore, even in an image taken at a long interval or an image taken between different wafers, an image of the same pattern becomes almost the same except for a defective portion. Therefore, even in an inspection apparatus which compares these and detects a defective portion from the difference, it is possible to easily detect only the defective portion from the difference signal of the image.
As a result, a non-defective part is less likely to be mistaken for a defect, and high detection sensitivity can be realized even in a long-time inspection. In addition, since a stable image can be always obtained, a long-term inspection can be performed, and an inspection of the entire surface of the wafer or an inspection between wafers can be realized. By realizing such an inspection apparatus, it is possible to promptly investigate the cause of the occurrence of a defect and take countermeasures in a semiconductor manufacturing process, and as a result, it is possible to contribute to an improvement in product yield.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施例を図4〜図
13により説明する。図4は本発明に係る半導体パター
ン検査装置の構成図である。電子源13から発せられ細く
絞られた電子ビーム8は偏向器14により偏向され、試料
である半導体ウェハ1上面を任意の順序で走査できる。
電子線を照射された被検査ウェハ1から発生した2次電
子信号は2次電子検出器15により検出され、画像入力部
16に画像信号として入力される。被検査ウェハはX-Y
ステージ17により移動可能であり、ステージ移動に同期
した電子ビームの照射および画像入力が可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a configuration diagram of a semiconductor pattern inspection apparatus according to the present invention. The narrowed electron beam 8 emitted from the electron source 13 is deflected by the deflector 14, and can scan the upper surface of the semiconductor wafer 1 as a sample in an arbitrary order.
A secondary electron signal generated from the inspection target wafer 1 irradiated with the electron beam is detected by a secondary electron detector 15 and is output to an image input unit.
16 is input as an image signal. Inspection wafer is XY
It can be moved by the stage 17, and irradiation of an electron beam and image input synchronized with the movement of the stage are possible.

【0017】画像信号とステージの位置測長部18より検
出される検査位置情報を基に画像処理部19により予め記
憶された良品パターンや被検査ウェハ上の異なる場所あ
るいは異なるウェハ上の同種パターンと比較して欠陥判
定を行う。電子光学系およびX-Yステージの動作は制
御用計算機20により制御される。予め制御用計算機に被
検査ウェハの製品名・工程名、電子ビームの加速電圧、
走査位置・速度、ステージ移動位置・速度、信号検出の
タイミングなどの条件を入力しておく。
Based on the image signal and the inspection position information detected by the stage position measuring unit 18, the non-defective pattern stored in advance by the image processing unit 19, a different place on the wafer to be inspected, or a similar pattern on a different wafer is used. The defect is determined by comparison. The operations of the electron optical system and the XY stage are controlled by the control computer 20. Beforehand, the product name and process name of the wafer to be inspected, the accelerating voltage of the electron beam,
Conditions such as a scanning position / speed, a stage moving position / speed, and signal detection timing are input.

【0018】21は電子シャワー発生器であり、電子の照
射により試料表面を負に帯電させることができる。22は
メッシュ電極であり、電子シャワー発生器21から照射さ
れる電子シャワーによる電子が2次電子検出器15により
検出されるのを阻止し、2次電子のみの検出を可能にす
る。
Reference numeral 21 denotes an electron shower generator, which can negatively charge the sample surface by irradiating electrons. Reference numeral 22 denotes a mesh electrode, which prevents electrons from the electron shower emitted from the electron shower generator 21 from being detected by the secondary electron detector 15 and enables detection of only secondary electrons.

【0019】23はイオンシャワー発生器であり、イオン
の照射により試料表面を正に帯電させることができる。
電子シャワー発生器21およびイオンシャワー発生器23は
制御用計算機20により制御可能で、検査試料の種類によ
り電子及びイオンの照射量、電子シャワーの照射エネル
ギー、メッシュ電極の電圧等を適切な値に設定し、それ
ぞれの機能を適宜ON/OFFすることで試料表面の帯電の状
態を制御する。帯電状態の制御方法は制御用計算機より
マニュアルで設定も可能であるが、予め制御用計算機に
入力された検査条件より自動的な設定が可能である。
Reference numeral 23 denotes an ion shower generator, which can positively charge the sample surface by irradiating ions.
The electron shower generator 21 and the ion shower generator 23 can be controlled by the control computer 20, and the amount of irradiation of electrons and ions, the irradiation energy of the electron shower, the voltage of the mesh electrode, and the like are set to appropriate values according to the type of the test sample. Then, the charging state of the sample surface is controlled by appropriately turning on / off the respective functions. The control method of the charged state can be manually set by the control computer, but can be automatically set by the inspection condition input to the control computer in advance.

【0020】また、ウェハチャック24には接地のための
針25が被検査ウェハ1に接触するように取り付けられて
おり、試料基板を常にアース電位に保つことができる構
造となっている。
Further, a needle 25 for grounding is attached to the wafer chuck 24 so as to come into contact with the wafer 1 to be inspected, so that the sample substrate is always kept at the ground potential.

【0021】このような装置構成により試料表面の帯電
状態を制御し、時間変動の少ない常に安定な電子線像に
よるパターン検査を実現する。
With such an apparatus configuration, the charged state of the sample surface is controlled, and a pattern inspection with an always stable electron beam image with little time fluctuation is realized.

【0022】次にチャージ量の制御方法に関するより詳
細な実施例を示す。図5は2次電子放出能およびビーム
径の1次電子加速加速エネルギー依存性を示している。
2次電子放出能は試料の材質により変化するが、ほぼ50
0eVから1000eVの間で最大値をとる。2次電子放出能が
1以上になる検査条件26では試料から放出される2次電
子数が入射する1次電子数を上回るため試料表面は正に
帯電し、2次電子放出能が1以下の条件27では負に帯電
する。
Next, a more detailed embodiment of the method for controlling the charge amount will be described. FIG. 5 shows the dependence of the secondary electron emission capacity and the beam diameter on the primary electron acceleration energy.
The secondary electron emission capacity varies depending on the material of the sample, but it is almost 50
It takes the maximum value between 0 eV and 1000 eV. Under the inspection condition 26 in which the secondary electron emission ability becomes 1 or more, the number of secondary electrons emitted from the sample exceeds the number of incident primary electrons, so that the sample surface is positively charged and the secondary electron emission ability is 1 or less. Under condition 27, the charge is negative.

【0023】このことから、図5において検査条件が2
次電子放出能が1以上となる領域26においては正のチャ
ージアップを防止するため図6に示すように試料表面に
電子シャワー28による負のシャワー電子チャージ29を与
え、逆に2次電子放出能が1以下となる領域27において
は図7に示すようにイオンシャワー30による正のシャワ
ーイオンチャージ29を与えることにより試料の帯電を防
ぎ安定な2次電子像を得る。
Therefore, in FIG.
In the region 26 where the secondary electron emission capacity becomes 1 or more, a negative shower electron charge 29 by an electron shower 28 is applied to the sample surface as shown in FIG. In a region 27 where is equal to or less than 1, by applying a positive shower ion charge 29 by an ion shower 30 as shown in FIG. 7, the sample is prevented from being charged, and a stable secondary electron image is obtained.

【0024】図5に示すように、ビーム径は1次電子加
速エネルギーに依存するので、検査時に所望のビーム径
を決定し、その条件での試料の2次電子放出能を用いて
チャージの制御の適切な方法を選択する。2次電子放出
能は試料表面の材質などをもとに決定する。
As shown in FIG. 5, since the beam diameter depends on the primary electron acceleration energy, a desired beam diameter is determined at the time of inspection, and charge control is performed using the secondary electron emission ability of the sample under the conditions. Choose the right way. The secondary electron emission ability is determined based on the material of the sample surface and the like.

【0025】図8は、電子シャワーによる帯電の制御方
法の詳細な実施例である。先の実施例で述べたように、
2次電子放出能が1以上の場合には試料表面に負の電荷
を与えることにより試料表面の帯電の状態を安定に保
つ。このとき、電子シャワーにより照射される電子シャ
ワー28と2次電子32の両方が2次電子検出器により検出
されるのを防ぐため、メッシュ電極22により電子シャワ
ーにより照射される電子を阻止する。
FIG. 8 is a detailed embodiment of a method for controlling charging by an electron shower. As mentioned in the previous example,
When the secondary electron emission ability is 1 or more, a negative charge is applied to the sample surface to stably maintain the charged state on the sample surface. At this time, in order to prevent both the electron shower 28 and the secondary electrons 32 irradiated by the electron shower from being detected by the secondary electron detector, the electrons irradiated by the electron shower are blocked by the mesh electrode 22.

【0026】図9は、放出される電子のエネルギー分布
を示しており、2次電子像は10eV程度の放出エネルギー
の電子を検出すれば得られる。このことより、放出電子
エネルギーが2次電子の放出エネルギーのピークより小
さい数eV以下の電子は2次電子検出器で検出されないよ
うにメッシュ電極に電圧をかけ、エネルギーフィルタ33
を形成し、メッシュ電極を通過できないような低いエネ
ルギーの電子を電子シャワー発生器により発生させて試
料表面に照射することで、電子ビームを試料表面に照射
しながら2次電子のみを検出することができる。
FIG. 9 shows the energy distribution of emitted electrons. A secondary electron image can be obtained by detecting electrons having an emission energy of about 10 eV. As a result, a voltage is applied to the mesh electrode so that electrons having an emitted electron energy of several eV or less smaller than the peak of the emitted energy of the secondary electrons are not detected by the secondary electron detector, and the energy filter 33
By irradiating the sample surface with the electron shower generator generating low energy electrons that cannot pass through the mesh electrode and irradiating the sample surface, it is possible to detect only the secondary electrons. it can.

【0027】このような電子シャワーの照射量、エネル
ギー、メッシュ電極の印加電圧はサンプルに応じて制御
用計算機により適切な値に設定する。反射電子像を入力
する場合も同様に、反射電子のみが検出されるように、
電子シャワーのエネルギーおよびメッシュ電極の電圧を
設定すればよい。
The irradiation amount of the electron shower, the energy, and the voltage applied to the mesh electrode are set to appropriate values by a control computer according to the sample. Similarly, when a backscattered electron image is input, only the backscattered electrons are detected.
The energy of the electron shower and the voltage of the mesh electrode may be set.

【0028】図10は、イオンシャワーによる帯電の制
御方法の詳細な実施例である。先の実施例で述べたよう
に、2次電子放出能が1以下の場合には、試料表面に正
の電荷を与えることにより試料表面の帯電の状態を安定
に保つ。このときイオンシャワーの照射量は、サンプル
に応じて制御用計算機により適切な値に設定する。電子
線画像入力時にこれらの電子シャワーあるいはイオンシ
ャワーの照射を行い、試料表面を常に同じ帯電状態に保
つことにより、同じ条件の電子線画像が得られるため、
長時間の検査においても比較検査が可能となる。
FIG. 10 is a detailed embodiment of a method for controlling charging by an ion shower. As described in the previous embodiment, when the secondary electron emission ability is 1 or less, a positive charge is applied to the sample surface to stably maintain the charged state of the sample surface. At this time, the irradiation amount of the ion shower is set to an appropriate value by the control computer according to the sample. By irradiating these electron showers or ion showers at the time of electron beam image input and keeping the sample surface always in the same charged state, electron beam images under the same conditions can be obtained,
A comparative inspection can be performed even in a long-time inspection.

【0029】また、電子線の照射を開始してチャージア
ップするまでの時間が比較的長い試料の場合は、検査開
始前に検査領域に予め電子あるいはイオンシャワーを十
分に照射し、試料表面を電荷が飽和する状態にした後で
電子線像の入力を開始することで安定した電子線像を獲
得することができる。このとき、これらのイオンあるい
は電子シャワーの照射と電子線像の入力のタイミングは
被検査パターンの導電率などを用いて適切な値に決定す
る。
In the case of a sample having a relatively long time from the start of electron beam irradiation to charge-up, the inspection area is sufficiently irradiated with an electron or ion shower before the start of inspection to charge the sample surface. By starting the input of the electron beam image after the state of is saturated, a stable electron beam image can be obtained. At this time, the timing of the irradiation of these ions or electron showers and the input of the electron beam image is determined to an appropriate value using the conductivity of the pattern to be inspected.

【0030】比較的導電性の高い試料は、試料内に入射
した電荷が拡散する速度が大きく、接地により被検査ウ
ェハ内の電位を常にアース電位に保つことにより電荷の
蓄積を防止することができ、帯電による電子線像の変化
を防ぐことができる。
A sample having a relatively high conductivity has a high rate of diffusion of the charges incident on the sample, and the accumulation of charges can be prevented by always keeping the potential in the wafer to be inspected at the ground potential by grounding. In addition, a change in an electron beam image due to charging can be prevented.

【0031】図11〜図13は被検査ウェハの接地方法
の実施例である。図11はウェハの裏面に針を接触させ
て接地を行う方法である。図11に示すように、ウェハ
チャック24に溝を作り、そこにウェハ裏面全体に均一に
接触するように針25を配置し、これらをアース電位に保
つ。複数の針で裏面全体に均一に接触することができる
ため、被検査ウェハ内の不均一な帯電を防止することが
できる。
FIGS. 11 to 13 show an embodiment of a method for grounding a wafer to be inspected. FIG. 11 shows a method of grounding by bringing a needle into contact with the back surface of the wafer. As shown in FIG. 11, grooves are formed in the wafer chuck 24, and needles 25 are arranged so as to uniformly contact the entire back surface of the wafer, and these are kept at the ground potential. Since the entire back surface can be uniformly contacted with a plurality of needles, uneven charging in the wafer to be inspected can be prevented.

【0032】図12は、ウェハの上面に針を接触させる
方法であり、アース電位に保った針35を試料表面の適切
な位置に立てる。ウェハのチャック方法によっては、測
方からの支持のみで、ウェハに対して下方向に力を加え
ない方法で固定する場合もあり、このような場合は、図
11に示した手段では、ウェハ裏面を針に十分に接触さ
せることができない。ウェハ上面から針を接触させるこ
とによりウェハの固定方法によらず試料をアース電位に
保つことができる。
FIG. 12 shows a method in which the needle is brought into contact with the upper surface of the wafer, and the needle 35 maintained at the ground potential is set at an appropriate position on the sample surface. Depending on the method of chucking the wafer, the wafer may be fixed by a method that does not apply a downward force to the wafer only by supporting from the measuring method. In such a case, the means shown in FIG. Cannot make sufficient contact with the needle. By bringing the needle into contact with the upper surface of the wafer, the sample can be kept at the ground potential regardless of the method of fixing the wafer.

【0033】図13は、ウェハの側面にナイフエッジを
接触させる方法である。被検査ウェハの側面に鋭いナイ
フ状のエッジ30を接触させ、接地することによりウェハ
の電位を常にアース電位に保つ。この方法では、ウェハ
の固定法に拘わらず、ウェハ上面に傷をつけることな
く、被検査ウェハを常にアース電位に保つことができ
る。これらの手段はウェハチャック方法などに応じて適
宜選択する。
FIG. 13 shows a method of bringing a knife edge into contact with a side surface of a wafer. A sharp knife-shaped edge 30 is brought into contact with the side surface of the wafer to be inspected and grounded, whereby the potential of the wafer is always kept at the ground potential. In this method, the wafer to be inspected can always be kept at the ground potential without damaging the upper surface of the wafer, regardless of the method of fixing the wafer. These means are appropriately selected according to the wafer chucking method and the like.

【0034】次に、図4の検査装置を応用した検査方法
の第2の実施例について説明する。
Next, a description will be given of a second embodiment of the inspection method using the inspection apparatus of FIG.

【0035】第1の実施例では、検査中電子あるいはイ
オンシャワーを常時検査領域に照射して検査を実施する
が、本実施例では、これらの照射のタイミングを変更し
て検査を行う。図14は、被検査ウェハ上の任意の2領
域を検査する場合の電荷の状態の一例を示している。図
14b)に示すように、検査領域D37の検査後検査領域Dへ
の電子線照射により、被検査ウェハ上に不均一な帯電が
生じ、次の検査領域E38の帯電の状態にも変化が生じ
る。図14b)の状態で領域Eの電子線画像を入力する
と、領域Dと領域Eでは検査時の帯電状態が異なるため、
得られる画像にも明るさ等の変化が生じ、比較検査が困
難となる。
In the first embodiment, the inspection is performed by constantly irradiating the inspection region with an electron or ion shower during the inspection. In this embodiment, the inspection is performed by changing the timing of these irradiations. FIG. 14 shows an example of the state of charges when two arbitrary areas on a wafer to be inspected are inspected. As shown in FIG. 14B), the electron beam irradiation on the inspection area D after the inspection of the inspection area D37 causes uneven charging on the wafer to be inspected, and also changes the charging state of the next inspection area E38. . When the electron beam image of the area E is input in the state of FIG. 14B), the charged state at the time of inspection differs between the area D and the area E.
Changes in brightness and the like also occur in the obtained image, making comparison inspection difficult.

【0036】このような問題を解決する手段として、本
実施例では、図15に示す手順で電子線像入力を行う。
図5において、2次電子放出能が1以上となる1次電子
加速エネルギーの条件26で、検査を行う場合を仮定す
る。検査領域Dの電子線像入力前に、検査領域Dに電子シ
ャワー28を照射し、電荷39により試料表面を負に帯電さ
せ飽和状態とし、電子シャワーの照射を一度終了した
後、検査領域Dの画像を入力する。次に 検査領域Eに電
子シャワー28を照射し、電荷40により試料表面を負に帯
電させ飽和状態とした後、電子シャワーの照射を終了
し、検査領域Eの画像を入力する。このようにして、常
に試料表面の帯電を飽和した状態で画像入力を開始する
ことにより、得られる電子線像は常に同じ帯電条件の画
像となる。電子シャワーの照射範囲およびタイミングに
ついては複数の検査領域の位置関係やその広さに応じて
適宜変更する。
As a means for solving such a problem, in this embodiment, an electron beam image is input in the procedure shown in FIG.
In FIG. 5, it is assumed that the inspection is performed under the condition 26 of the primary electron acceleration energy at which the secondary electron emission ability becomes 1 or more. Before inputting the electron beam image of the inspection region D, the inspection region D is irradiated with the electron shower 28, the surface of the sample is negatively charged by the electric charge 39 to be saturated, and after the irradiation of the electron shower is completed once, the inspection region D Enter an image. Next, the inspection area E is irradiated with the electron shower 28, and the surface of the sample is negatively charged by the electric charge 40 to be in a saturated state. Then, the irradiation of the electron shower is terminated, and the image of the inspection area E is input. By starting image input in a state where the charge on the sample surface is always saturated in this way, the obtained electron beam image is always an image under the same charge condition. The irradiation range and timing of the electron shower are appropriately changed according to the positional relationship between the plurality of inspection regions and the size thereof.

【0037】また、本実施例では電子線像入力時に電子
シャワーの照射を行わないため、メッシュ電極22による
エネルギーフィルタ33は不要となる。同様に図5におい
て2次電子放出能が1以下となる1次電子加速エネルギ
ーの条件33で検査を行う場合には電子シャワー29の代わ
りにイオンシャワー30の照射を行えば良い。
In this embodiment, since the irradiation of the electron shower is not performed at the time of inputting the electron beam image, the energy filter 33 by the mesh electrode 22 becomes unnecessary. Similarly, in FIG. 5, when the inspection is performed under the condition 33 of the primary electron acceleration energy at which the secondary electron emission ability becomes 1 or less, the irradiation of the ion shower 30 may be performed instead of the electron shower 29.

【0038】次に、図4の検査装置を応用した検査方法
の第3の実施例について説明する。
Next, a description will be given of a third embodiment of the inspection method to which the inspection apparatus of FIG. 4 is applied.

【0039】前記した第2の実施例では、検査領域の帯
電状態を予め飽和させた後検査を行ったが、本実施例で
は、検査中に得られる電子線像を処理することにより、
試料の帯電の状態をモニタし、その状態に応じて電子あ
るいはイオンシャワーを照射して帯電の状態を制御す
る。
In the second embodiment described above, the inspection is performed after the charged state of the inspection area is saturated in advance, but in this embodiment, the electron beam image obtained during the inspection is processed to
The charged state of the sample is monitored, and the charged state is controlled by irradiating an electron or ion shower according to the state.

【0040】図16a)に示す順序で連続して電子線像を
得て、検査を行う場合を考える。
Consider a case in which electron beam images are continuously obtained in the order shown in FIG.

【0041】被検査パターンは、図4において、2次電
子放出能が1以上の条件26で検査を行っているものと仮
定する。得られる電子線像の回路パターンの明るさの検
査時刻tによる変化の例を、図16b)に示す。
It is assumed that the pattern to be inspected in FIG. 4 is inspected under the condition 26 that the secondary electron emission ability is 1 or more. FIG. 16B) shows an example of the change of the brightness of the circuit pattern of the obtained electron beam image at the inspection time t.

【0042】41は帯電の制御を行わずに電子線の入力を
行った場合で、2次電子放出能が1以上であるので電子
線の走査により試料パターン表面が正にチャージアップ
し、検査時刻とともに像の明るさも変化する。このよう
に電子線像の明るさは帯電の状態の変化に伴い変化する
ので、本実施例ではこの像の明るさにより被検査物の帯
電の状態をモニタし、図16b)42に示すようにこのパタ
ーンの明るさを一定に保つように帯電状態を制御しなが
ら検査を行う。
Reference numeral 41 denotes a case in which an electron beam is input without controlling the charging. Since the secondary electron emission capability is 1 or more, the surface of the sample pattern is charged up positively by the scanning of the electron beam, and the inspection time At the same time, the brightness of the image changes. As described above, since the brightness of the electron beam image changes with the change in the state of charging, in this embodiment, the state of charging of the inspection object is monitored based on the brightness of the image, and as shown in FIG. The inspection is performed while controlling the charged state so as to keep the brightness of the pattern constant.

【0043】図17に帯電状態の制御方法の詳細を示
す。画像入力部16より入力された2次電子映像信号43を
処理し、回路パターンの明るさ44を得る。あらかじめ設
定しておいた回路パターンの明るさの目標値45と検出さ
れたパターンの明るさ44を比較し、その差46をもとに電
子シャワーの照射量47を決定する。図16の例ではパタ
ーンが正に帯電することにより像が暗くなるので、検出
された明るさが目標値より小さい場合にはその差に応じ
た量の電子シャワーを照射し、大きい場合は照射は行わ
ない。
FIG. 17 shows the details of the control method of the charged state. The secondary electronic video signal 43 input from the image input unit 16 is processed to obtain the brightness 44 of the circuit pattern. The target brightness 45 of the circuit pattern set in advance is compared with the brightness 44 of the detected pattern, and the irradiation amount 47 of the electron shower is determined based on the difference 46. In the example of FIG. 16, since the image is darkened by the pattern being positively charged, if the detected brightness is smaller than the target value, the electron shower is irradiated with an amount corresponding to the difference. Not performed.

【0044】このように電子線像から帯電の状態の変化
を得て、電子シャワーの照射量を決定することにより、
図16b)42に示すように、電子線像の状態を一定に保つ
ことができ、安定な検査が実現できる。ここで、回路パ
ターンの電子線像の明るさ44は、得られる電子線像を回
路部分と下地部分に分割し、該回路パターン部のみの明
るさの平均を計算して得るものとする。
As described above, by obtaining a change in the state of charge from the electron beam image and determining the irradiation amount of the electron shower,
As shown in Fig. 16b) 42, the state of the electron beam image can be kept constant, and a stable inspection can be realized. Here, the brightness 44 of the electron beam image of the circuit pattern is obtained by dividing the obtained electron beam image into a circuit portion and a base portion, and calculating the average brightness of only the circuit pattern portion.

【0045】本実施例では、回路部の明るさを用いた
が、被検査物の帯電の状態を反映するパラメータとし
て、電子線像全体の平均、回路部と下地部のコントラス
ト、回路部と下地部の面積の変化などを使用しても同様
の機能が実現できる。また、用いるパターンの明るさの
目標値45は予め被検査パターンの電子線像を撮像し、そ
の電子線像の明るさをもとに適切な値に設定する。
In this embodiment, the brightness of the circuit portion is used. However, as parameters reflecting the charging state of the inspection object, the average of the entire electron beam image, the contrast between the circuit portion and the base portion, and the circuit portion and the base portion are used. A similar function can be realized by using a change in the area of the section. The target value 45 of the brightness of the pattern to be used is set to an appropriate value based on an electron beam image of the pattern to be inspected in advance and the brightness of the electron beam image.

【0046】また一般に、図16b)41に示すように、一
般に電子線照射の開始直後には電子線像の明るさが急激
に変化する。この変化の大きさや時定数は試料により異
なるが、安定な制御を行うためには、この急激に変化す
る範囲を避けて明るさの目標値を設定することが望まし
い。またこのとき、検査開始時の電子線像の明るさを設
定した目標値に十分近い値にしておくことでさらに安定
な検査を実現することができる。目標値に十分近い明る
さの電子線像により検査を開始するためには、帯電状態
の制御を行わない状態41で電子線像の入力を開始し、電
子線像の明るさの変化をモニタして、目標値に十分近づ
いて(時刻t13)から帯電状態を42の状態になるよう制御
し、検査を開始すればよい。
Generally, as shown in FIG. 16 b) 41, the brightness of the electron beam image changes sharply immediately after the start of electron beam irradiation. The magnitude of this change and the time constant vary depending on the sample, but in order to perform stable control, it is desirable to set the target value of brightness so as to avoid this rapidly changing range. At this time, a more stable inspection can be realized by setting the brightness of the electron beam image at the start of the inspection to a value sufficiently close to the set target value. In order to start an inspection with an electron beam image having a brightness sufficiently close to the target value, input of an electron beam image is started in a state 41 in which the charge state is not controlled, and a change in the brightness of the electron beam image is monitored. Then, after sufficiently approaching the target value (time t13), the charging state may be controlled to the state of 42, and the inspection may be started.

【0047】また、さらに確実に目標値に近づけるため
には、検査開始時に電子線像が設定した目標値になるよ
うに予め検査開始前に被検査試料にイオンシャワーを照
射すればよい。図16b)42に示すように、時刻t11にイ
オンシャワーを照射して電子線像の明るさが目標値にな
ったら(時刻t12)検査を開始する。このようにすること
で、検査開始時から常に同じ帯電状態で検査を行うこと
ができる。
In order to more reliably approach the target value, the sample to be inspected may be irradiated with an ion shower before the start of the inspection so that the electron beam image becomes the target value set at the start of the inspection. As shown in (b) of FIG. 16, when the ion shower is irradiated at time t11 and the brightness of the electron beam image reaches the target value (time t12), the inspection is started. In this way, the inspection can be always performed in the same charged state from the start of the inspection.

【0048】同様に、図5において2次電子放出能が1
以下となる1次電子加速エネルギーの条件27で検査を行
う場合には、電子シャワーの代わりに、イオンシャワー
の照射を行えば良く、また検査開始時に電子シャワーを
用いることでさらに安定な検査を実現することができ
る。
Similarly, in FIG. 5, the secondary electron emission ability is 1
When the inspection is performed under the following conditions 27 of the primary electron acceleration energy, irradiation with an ion shower may be performed instead of the electron shower, and more stable inspection is realized by using the electron shower at the start of the inspection. can do.

【0049】次に、第1の実施例とは異なる方法により
試料のチャージアップを防止する検査方法の、第4の実
施例について説明する。電子顕微鏡では、試料室内の真
空度が低いと、残留ガス分子による試料表面の汚染が問
題となるため、通常試料室内の真空度は高真空に保たれ
る。この試料室内にガスを導入して試料室内の真空度を
下げると(圧力を上げると)、入射電子の平均自由行程
が短くなり、入射電子の一部とガス分子が衝突してイオ
ン化するガス分子が増加する。従って、試料室内に不活
性ガス又は窒素ガスを導入して低真空(通常の電子ビー
ム照射雰囲気に比べて圧力の高い真空状態)又は大気圧
状態にすると、入射電子との衝突により発生する正イオ
ンにより試料表面の電子が中和され、帯電を防止するこ
とができる。導入するガスとして、不活性ガスや窒素ガ
スを用いることにより、試料汚染のない低真空を実現す
ることができる。
Next, a description will be given of a fourth embodiment of an inspection method for preventing charge-up of a sample by a method different from that of the first embodiment. In an electron microscope, if the degree of vacuum in the sample chamber is low, contamination of the sample surface by residual gas molecules becomes a problem. Therefore, the degree of vacuum in the sample chamber is usually kept at a high vacuum. When gas is introduced into the sample chamber and the degree of vacuum in the sample chamber is reduced (when the pressure is increased), the mean free path of the incident electrons is shortened, and the gas molecules that collide with some of the incident electrons and are ionized are ionized. Increase. Therefore, when an inert gas or a nitrogen gas is introduced into the sample chamber to be in a low vacuum (vacuum state in which the pressure is higher than a normal electron beam irradiation atmosphere) or an atmospheric pressure state, positive ions generated by collision with incident electrons are generated. Thereby, electrons on the sample surface are neutralized and charging can be prevented. By using an inert gas or a nitrogen gas as a gas to be introduced, a low vacuum without sample contamination can be realized.

【0050】本実施例の詳細を、図18により説明す
る。試料室を差動排気チャンバ48とし、ガスボンベ49に
よりAr, Kr, Neなどの希ガスを供給することにより試料
室内の真空度を10-3〜数Pa程度の低真空に保つ。このと
き、電子光学系は高真空中に保たれている。 Ar, Kr, N
eなどの希ガスは物理吸着エネルギーが小さいため、試
料室内をこれらのガス雰囲気とすることで試料表面の汚
染を防ぐことができる。このようにして試料の汚染の生
じない状態で低真空を実現し、イオン化した残留分子に
より試料表面の電荷を中和することにより、常にチャー
ジアップのない電子線像を入力して検査を行うことがで
きる。
The details of this embodiment will be described with reference to FIG. The sample chamber is set as a differential exhaust chamber 48, and a rare gas such as Ar, Kr, Ne or the like is supplied from a gas cylinder 49 to maintain the degree of vacuum in the sample chamber at a low vacuum of about 10-3 to several Pa. At this time, the electron optical system is kept in a high vacuum. Ar, Kr, N
Since rare gases such as e have a small physical adsorption energy, contamination of the sample surface can be prevented by setting the sample chamber to such a gas atmosphere. In this way, low vacuum is realized without contamination of the sample, and the charge on the surface of the sample is neutralized by the ionized residual molecules. Can be.

【0051】なお、図18では、導入した希ガスで試料
室内全体の圧力を上げるような構造になっているが、ガ
スボンベからの配管に接続するノズルを用いて、希ガス
を被検査ウエハ1の電子ビーム8を照射する場所の近傍
に上記した圧力又はそれよりも高い圧力で局所的に供給
し、電子ビーム8を照射する場所の近傍を局所的に高い
圧力にすることによっても、同様の効果を得ることがで
きる。この場合、試料室全体にガスを導入する場合に比
べて、試料室の圧力を低く維持することができるととも
に、試料室内に導入するガスの量を少なくすることもで
き、試料室内部の汚染をより少なくすることができる。
Although FIG. 18 shows a structure in which the pressure of the whole sample chamber is increased by the introduced rare gas, the rare gas is supplied to the wafer 1 to be inspected by using a nozzle connected to a pipe from a gas cylinder. The same effect can be obtained by locally supplying the electron beam 8 at the above-mentioned pressure or a higher pressure to the vicinity thereof, and by locally increasing the pressure near the electron beam 8 to the irradiation position. Can be obtained. In this case, the pressure in the sample chamber can be kept low and the amount of gas introduced into the sample chamber can be reduced as compared with the case where gas is introduced into the entire sample chamber, and contamination inside the sample chamber can be reduced. Can be less.

【0052】更に、第5の実施例として、反射電子検出
時にプラズマを用いた手段により試料の帯電を防止する
検査の実施例について説明する。
Further, as a fifth embodiment, an embodiment of an inspection for preventing charging of a sample by means using plasma at the time of detecting reflected electrons will be described.

【0053】試料室内にプラズマを発生させ、プラズマ
中に被検査ウェハを設置すれば、プラズマ中の正および
負の電荷が試料表面の電荷を中和し、帯電を防止するこ
とができる。プラズマ内には様々なエネルギーを持つ電
子が存在するため、これらの電子と2次電子を分離する
ことは困難である。本実施例ではメッシュ電極22により
エネルギーフィルタ34を形成し、エネルギーの高い反射
電子のみを検出する手段について説明する。
If a plasma is generated in the sample chamber and the wafer to be inspected is placed in the plasma, the positive and negative charges in the plasma neutralize the charges on the sample surface, thereby preventing the charge. Since electrons having various energies exist in the plasma, it is difficult to separate these electrons from secondary electrons. In the present embodiment, a description will be given of a means for forming an energy filter 34 by the mesh electrode 22 and detecting only reflected electrons having high energy.

【0054】図19に示すように、試料室を差動排気チ
ャンバ48とし、 Ar等の希ガス雰囲気とする。マグネッ
ト50によりECRポイントを形成し、発振器51より周波数
2.45GHz付近のマイクロ波52を発生し、試料室内にプラ
ズマ53を生成する。プラズマ内に存在する電子と、電子
ビーム照射により発生する反射電子を分離するためにプ
ラズマのエネルギーを反射電子以下に抑え、メッシュ電
極22に電圧をかけエネルギーフィルタ34を形成し、反射
電子54のみを反射電子検出器55により検出する。このよ
うな手段により常に試料のチャージアップのない安定な
状態での反射電子像を得ることができる。
As shown in FIG. 19, the sample chamber is set as a differential pumping chamber 48 and a rare gas atmosphere such as Ar is used. The ECR point is formed by the magnet 50, and the frequency is
A microwave 52 around 2.45 GHz is generated, and a plasma 53 is generated in the sample chamber. In order to separate the electrons present in the plasma from the reflected electrons generated by the electron beam irradiation, the energy of the plasma is suppressed to less than the reflected electrons, a voltage is applied to the mesh electrode 22 to form an energy filter 34, and only the reflected electrons 54 are formed. It is detected by the backscattered electron detector 55. By such means, it is possible to always obtain a reflected electron image in a stable state without charge-up of the sample.

【0055】以上に説明したような手段を採用すること
により、走査電子顕微鏡を用いて試料の観察又は検査す
るときに、チャージアップによる電子線画像への影響を
防止することが可能となり、長時間にわたって安定した
電子線画像を得ることができるようになる。その結果、
走査電子顕微鏡で、試料上の微細なパターンを高精細に
かつ、再現性良く観察して検査することが可能になる。
By employing the means described above, it is possible to prevent the charge-up from affecting the electron beam image when observing or inspecting a sample using a scanning electron microscope. , A stable electron beam image can be obtained. as a result,
With a scanning electron microscope, it becomes possible to observe and inspect a fine pattern on a sample with high definition and high reproducibility.

【0056】特に、本発明によれば、走査電子顕微鏡で
試料上の同じ位置を観察した時間的に異なる複数の電子
線画像を比較するとき、また、試料上の異なる位置の同
一パターン又は対応するパターンを観察した複数の電子
線画像を比較するときに、それぞれチャージアップの影
響を受けない安定した電子線画像を得ることができるの
で、信頼性の高い比較を行うことができるようになる。
In particular, according to the present invention, when comparing a plurality of temporally different electron beam images obtained by observing the same position on a sample with a scanning electron microscope, and when comparing the same pattern at a different position on the sample or a corresponding pattern. When comparing a plurality of electron beam images obtained by observing a pattern, a stable electron beam image that is not affected by charge-up can be obtained, so that highly reliable comparison can be performed.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、長時間にわたる検査に
おいても試料の帯電状態を常に同じ条件にして電子線像
を入力することが可能となるため、常に再現性の良い電
子線像を得ることができる。そのため、長時間の間隔を
おいて撮像された電子線像や、異なるウェハ間で撮像さ
れた電子線像を用いる場合もエッジ検出や位置ずれ許容
などの複雑な処理を必要とせず、光学顕微鏡による検査
で多く用いられているパターン比較原理に基づく検査と
同様な検査が可能となり、長時間安定で高感度な検査が
可能となる。電子線像は従来の光学顕微鏡に比べ高い解
像度が実現可能であるため、微細化のすすむ半導体装置
に対しても適用可能な検査装置を実現できる。
According to the present invention, it is possible to input an electron beam image under the same condition of the charged state of a sample even in a long-time inspection, so that an electron beam image with good reproducibility is always obtained. be able to. Therefore, even when an electron beam image captured at a long interval or an electron beam image captured between different wafers is used, complicated processing such as edge detection and position shift tolerance is not required, and an optical microscope is used. An inspection similar to the inspection based on the pattern comparison principle, which is often used in the inspection, can be performed, and a long-time stable and highly sensitive inspection can be performed. Since an electron beam image can realize higher resolution than a conventional optical microscope, it is possible to realize an inspection apparatus that can be applied to a semiconductor device that is being miniaturized.

【0058】また、時間変動の無い安定な長時間検査の
実現により、ウェハ内の欠陥分布やウェハ間検査、半導
体製造プロセスのモニタなどが可能となる。これによ
り、半導体装置の不良発生原因の推定・早期対策が可能
となり、歩留向上に貢献することができる。
Further, by realizing a stable long-term inspection without time fluctuation, it becomes possible to perform a defect distribution in a wafer, an inspection between wafers, a monitor of a semiconductor manufacturing process, and the like. This makes it possible to estimate the cause of the occurrence of a defect in the semiconductor device and take an early action, thereby contributing to an improvement in yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】半導体装置の製造プロセスを示すフローチャー
ト図である。
FIG. 1 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a semiconductor device.

【図2】帯電現象による電子線像の変化を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a change in an electron beam image due to a charging phenomenon.

【図3】電子ビームの走査により試料の帯電の状態の変
化を示す試料の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a sample showing a change in a charged state of the sample by scanning with an electron beam.

【図4】本発明に係る半導体装置の検査装置の略断面図
である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device inspection apparatus according to the present invention.

【図5】2次電子放出能及びビーム径の1次電子加速エ
ネルギー依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the dependence of the secondary electron emission capacity and beam diameter on the primary electron acceleration energy.

【図6】本発明による試料への電子シャワーの照射状態
を示す試料の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a sample showing an irradiation state of an electron shower on the sample according to the present invention.

【図7】本発明による試料へのイオンシャワーの照射状
態を示す試料の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a sample showing an irradiation state of an ion shower on the sample according to the present invention.

【図8】本発明による電子シャワーを備えた検査装置の
略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of an inspection apparatus provided with an electronic shower according to the present invention.

【図9】放出される電子のエネルギー分布を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing an energy distribution of emitted electrons.

【図10】本発明によるイオンシャワーを備えた検査装
置の略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of an inspection apparatus provided with an ion shower according to the present invention.

【図11】本発明による被検査ウエハの接地方法を示す
被検査ウエハとウエハチャック、試料台との略断面図で
ある。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a wafer to be inspected, a wafer chuck, and a sample stage showing a method for grounding the wafer to be inspected according to the present invention.

【図12】本発明による被検査ウエハの接地方法を示す
被検査ウエハとウエハチャック、試料台との略断面図で
ある。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a wafer to be inspected, a wafer chuck, and a sample table showing a grounding method of the wafer to be inspected according to the present invention.

【図13】本発明による被検査ウエハの接地方法を示す
被検査ウエハとウエハチャック、試料台との略断面図で
ある。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a wafer to be inspected, a wafer chuck, and a sample table showing a method for grounding the wafer to be inspected according to the present invention.

【図14】被検査ウエハ上の電荷の状態を示す被検査ウ
エハの平面図である。
FIG. 14 is a plan view of the wafer to be inspected, showing a state of charges on the wafer to be inspected.

【図15】本発明による被検査ウエハ上の電子線像の入
力順序を示す被検査ウエハの平面図である。
FIG. 15 is a plan view of a wafer to be inspected showing an input order of electron beam images on the wafer to be inspected according to the present invention.

【図16】a)本発明による被検査ウエハ上の電子線像
の入力順序を示す被検査ウエハの平面図である。 b)電子線像の回路パターンの明るさの検査時刻tによ
る変化を示す図である。
FIG. 16 (a) is a plan view of a wafer to be inspected showing an input order of electron beam images on the wafer to be inspected according to the present invention. b) A diagram showing a change in brightness of the circuit pattern of the electron beam image at the inspection time t.

【図17】本発明による帯電状態の制御方法を示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 17 is a flowchart illustrating a charging state control method according to the present invention.

【図18】本発明による第4の実施例を示す検査装置の
略断面図である。
FIG. 18 is a schematic sectional view of an inspection apparatus showing a fourth embodiment according to the present invention.

【図19】本発明による第5の実施例を示す検査装置の
略断面図である。
FIG. 19 is a schematic sectional view of an inspection apparatus showing a fifth embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……被検査ウェハ、8……電子ビーム、9……ビーム
走査、12……パターン、13……電子源、14……偏
光器、15……2次電子検出器、16……画像入力部、
19……画像処理部、20……制御用計算機 、21…
…電子シャワー発生器、22……メッシュ電極、23…
…イオンシャワー発生器、24……ウェハチャック、2
5……針、26……2次電子放出能1以上となる1次電
子加速エネルギー領域、27……2次電子放出能1以下
となる1次電子加速エネルギー領域、28……電子シャ
ワー、30……イオンシャワー、32……2次電子、3
3……エネルギーフィルタ、36……ナイフエッジ、3
9……電荷、41……帯電状態を制御しない場合、42
……帯電状態を制御する場合、43……2次電子映像信
号、44……回路パターンの明るさ、45……回路パタ
ーンの明るさの目標値、46……目標値との差、47…
…電子シャワー照射量、48……差動排気チャンバ、4
9……ガスボンベ、50……マグネット、51……発振
器、52……マイクロ波、53……プラズマ、54……
反射電子、55……反射電子検出器
1 ... wafer to be inspected, 8 ... electron beam, 9 ... beam scanning, 12 ... pattern, 13 ... electron source, 14 ... polarizer, 15 ... secondary electron detector, 16 ... image input Department,
19 ... Image processing unit, 20 ... Control computer, 21 ...
... Electronic shower generator, 22 ... Mesh electrode, 23 ...
... Ion shower generator, 24 ... Wafer chuck, 2
5 ... Needles, 26 ... Primary electron acceleration energy region where secondary electron emission ability is 1 or more, 27 ... Primary electron acceleration energy region where secondary electron emission ability is 1 or less, 28 ... Electron shower, 30 …… Ion shower, 32 …… Secondary electron, 3
3 ... Energy filter, 36 ... Knife edge, 3
9: charge, 41: 42 when charge state is not controlled
... When controlling the charged state, 43... Secondary electronic image signal, 44... Circuit pattern brightness, 45... Circuit pattern brightness target value, 46... Difference from the target value, 47.
... Electron shower dose, 48 ... Differential exhaust chamber, 4
9 ... gas cylinder, 50 ... magnet, 51 ... oscillator, 52 ... microwave, 53 ... plasma, 54 ...
Backscattered electrons, 55 Backscattered electron detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久邇 朝宏 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 文和 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 東 淳三 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 嶋瀬 朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 大鋸谷 薫 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製 作所デバイス開発センタ内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Asahiro Kuni 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Research Institute of Industrial Technology, Hitachi, Ltd. Address: Within Hitachi, Ltd., Production Technology Research Laboratories (72) Junzo Higashi Inventor: 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 292 Hitachi Manufacturing Co., Ltd.Production Technology Laboratory (72) Inventor Kaoru Osoya 2326 Imai Imai, Ome-shi, Tokyo Inside Device Development Center, Hitachi, Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電子線像を用いた半導体装置の検査方法で
あって、 前記半導体装置の被検査領域の帯電の状態を制御し、 該帯電の状態を制御した状態で電子線を前記被検査領域
に照射し、 該電子線の照射により前記被検査領域から発生する2次
電子を検出して前記被検査領域の2次電子像を得、 該2次電子像に基づいて前記半導体装置の前記被検査領
域に形成された前記半導体装置の回路パターンの外観を
検査することを特徴とする半導体装置の検査方法。
1. A method for inspecting a semiconductor device using an electron beam image, comprising: controlling an electrification state of a region to be inspected of the semiconductor device; Irradiating an area, detecting secondary electrons generated from the inspected area by the irradiation of the electron beam to obtain a secondary electron image of the inspected area, and based on the secondary electron image, A method for inspecting a semiconductor device, comprising: inspecting an appearance of a circuit pattern of the semiconductor device formed in a region to be inspected.
【請求項2】電子線像を用いた半導体装置の検査方法で
あって、 前記半導体装置の被検査領域に電子線を照射し、 該電子線の照射により前記被検査領域から発生する2次
電子を検出して前記被検査領域の2次電子像を得、 該2次電子像に基づいて前記被検査領域の帯電の状態を
モニタし、 該モニタした結果に基づいて前記被検査領域の帯電の状
態を制御し、 該帯電の状態が制御された状態で前記2次電子像に基づ
いて前記半導体装置の前記被検査領域に形成された前記
半導体装置の回路パターンの外観を検査することを特徴
とする半導体装置の検査方法。
2. A method for inspecting a semiconductor device using an electron beam image, wherein the inspection region of the semiconductor device is irradiated with an electron beam, and secondary electrons generated from the inspection region by the irradiation of the electron beam. To obtain a secondary electron image of the inspection area, monitor the charging state of the inspection area based on the secondary electron image, and determine the charging state of the inspection area based on the monitored result. Controlling the state, and inspecting the appearance of the circuit pattern of the semiconductor device formed in the inspection area of the semiconductor device based on the secondary electron image in a state where the charging state is controlled. For testing semiconductor devices.
【請求項3】前記半導体装置の被検査領域の帯電の制御
を、前記半導体装置に非接触な手段を用いて行うことを
特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の半導体装置
の検査方法。
3. The inspection of a semiconductor device according to claim 1, wherein the control of the charging of the inspection area of the semiconductor device is performed by using a means that does not contact the semiconductor device. Method.
【請求項4】前記非接触な手段を用いて行うことが、前
記被検査領域に電子をシャワー状に照射することにより
行うことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の検
査方法。
4. The semiconductor device inspection method according to claim 3, wherein the non-contact means is performed by irradiating the inspection area with electrons in a shower shape.
【請求項5】前記非接触な手段を用いて行うことが、前
記被検査領域にイオンをシャワー状に照射することによ
り行うことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の
検査方法。
5. The semiconductor device inspection method according to claim 3, wherein the non-contact means is performed by irradiating the inspection area with ions in a shower shape.
【請求項6】前記非接触な手段を用いて行うことが、前
記被検査領域の近傍にガスを導入することにより行うこ
とを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の検査方
法。
6. The semiconductor device inspection method according to claim 3, wherein the non-contact means is performed by introducing a gas into the vicinity of the inspection area.
【請求項7】前記非接触な手段を用いて行うことが、前
記被検査領域の近傍にプラズマを発生させることにより
行うことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の検
査方法。
7. The semiconductor device inspection method according to claim 3, wherein the non-contact means is performed by generating a plasma near the inspection area.
【請求項8】前記半導体装置の被検査領域の帯電の制御
を、前記半導体装置に接触する手段を用いて行うことを
特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の半導体装置
の検査方法。
8. The inspection method of a semiconductor device according to claim 1, wherein the control of the charging of the inspection area of the semiconductor device is performed using a unit that contacts the semiconductor device. .
【請求項9】電子線像を用いた半導体装置の検査方法で
あって、 電子線を照射する前に前記半導体装置の少なくとも被検
査領域の帯電を飽和の状態にし、 該帯電を飽和の状態にした被検査領域に前記電子線を照
射し、 該電子線の照射により前期被検査料域から発生する2次
電子を検出し、 該検出した2次電子から前記被検査領域の2次電子像を
得、 該2次電子像に基づいて前記被検査領域に形成された前
記半導体装置の表面を検査することを特徴とする半導体
装置の検査方法。
9. A method for inspecting a semiconductor device using an electron beam image, comprising: saturating at least a region to be inspected of the semiconductor device before irradiation with an electron beam; Irradiating the inspected area with the electron beam, detecting secondary electrons generated from the specimen area by the irradiation of the electron beam, and forming a secondary electron image of the inspected area from the detected secondary electrons. Obtaining a surface of the semiconductor device formed in the inspection area based on the secondary electron image.
【請求項10】電子線像を用いた半導体装置の検査装置
であって、 前記半導体装置の被検査領域に集束させた電子線を走査
して照射する電子線照射手段と、 前記被検査領域の帯電の状態を制御する帯電制御手段
と、 前記電子線照射手段で前記被検査領域に照射した前記電
子線により前記被検査領域から発生する2次電子を検出
して前記被検査領域の2次電子像を作成する2次電子像
作成手段と、 前記帯電制御手段により前記被検査領域の帯電を制御し
た状態で前記電子線照射手段で前記電子線を前記被検査
領域に照射して前記2次電子像作成手段により得られる
2次電子像に基づいて前記被検査領域に形成された前記
半導体装置の回路パターンの外観を検査する外観検査手
段とを備えたことを特徴とする半導体の検査装置。
10. An inspection apparatus for a semiconductor device using an electron beam image, comprising: an electron beam irradiation means for scanning and irradiating an electron beam focused on a region to be inspected of the semiconductor device; A charge control unit for controlling a state of charging; a secondary electron generated from the inspection region by the electron beam irradiated to the inspection region by the electron beam irradiation unit; and a secondary electron in the inspection region. A secondary electron image forming means for forming an image; and the electron beam irradiating means irradiating the inspection area with the electron beam in a state where charging of the inspection area is controlled by the charging control means. A semiconductor inspection apparatus for inspecting an external appearance of a circuit pattern of the semiconductor device formed in the inspection area based on a secondary electron image obtained by an image creating means.
【請求項11】電子線像を用いた半導体装置の検査装置
であって、 前記半導体装置の被検査領域に電子線を照射する電子線
照射手段と、 該電子線照射手段で照射した電子線により前記被検査領
域から発生する2次電子を検出して前記被検査領域の2
次電子像を作成する2次電子像作成手段と、 該2次電子像作成手段で作成した前記被検査領域の2次
電子像に基づいて前記被検査領域の帯電の状態をモニタ
する帯電モニタ手段と、 該帯電モニタ手段によりモニタした前記被検査領域の帯
電の状態に基づいて前記被検査領域の帯電の状態を制御
する帯電制御手段と、 該帯電制御手段により前記被検査領域の帯電が制御され
た状態で前記2次電子像に基づいて前記半導体装置の前
記被検査領域に形成された前記半導体装置の回路パター
ンの外観を検査する外観検査手段とを備えたことを特徴
とする半導体装置の検査装置。
11. An apparatus for inspecting a semiconductor device using an electron beam image, comprising: an electron beam irradiating means for irradiating an inspection area of the semiconductor device with an electron beam; The secondary electrons generated from the inspection area are detected to detect the secondary electrons.
Secondary electron image creating means for creating a secondary electron image; and charge monitoring means for monitoring the state of charging of the inspection area based on the secondary electron image of the inspection area created by the secondary electron image creating means Charge control means for controlling the charging state of the inspection area based on the charging state of the inspection area monitored by the charging monitoring means; and charging of the inspection area is controlled by the charging control means. And inspecting the appearance of a circuit pattern of the semiconductor device formed in the inspection area of the semiconductor device on the basis of the secondary electron image in a state where the semiconductor device is inspected. apparatus.
【請求項12】前記帯電制御手段が、前記半導体装置に
非接触で前記被検査領域の帯電の制御を行うことを特徴
とする請求項10又は11の何れかに記載の半導体装置
の検査装置。
12. An inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 10, wherein said charging control means controls charging of said inspection area without contacting said semiconductor device.
【請求項13】前記帯電制御手段が、前記被検査領域に
電子をシャワー状に照射する電子シャワー照射手段であ
ることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の検
査装置。
13. An inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 12, wherein said charge control means is an electron shower irradiation means for irradiating said inspection area with electrons in a shower shape.
【請求項14】前記帯電制御手段が、前記被検査領域に
イオンをシャワー状に照射するイオンシャワー照射手段
であることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置
の検査装置。
14. An inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 12, wherein said charging control means is an ion shower irradiation means for irradiating said inspection target area with ions in a shower shape.
【請求項15】前記帯電制御手段が、前記被検査領域の
近傍にガスを導入するガス導入手段であることを特徴と
する請求項12に記載の半導体装置の検査装置。
15. The inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 12, wherein said charging control means is a gas introduction means for introducing a gas into the vicinity of said inspection area.
【請求項16】前記帯電制御手段が、前記被検査領域の
近傍にプラズマを発生させるプラズマ発生手段であるこ
とを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の検査装
置。
16. An inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 12, wherein said charging control means is a plasma generation means for generating a plasma near said inspection area.
【請求項17】前記帯電制御手段が、前記半導体装置に
接触して前記被検査領域の帯電の制御を行うことを特徴
とする請求項10又は11の何れかに記載の半導体装置
の検査装置。
17. An inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 10, wherein said charging control means controls charging of said inspection area by contacting said semiconductor device.
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